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顯示卡(Video cardDisplay cardGraphics cardVideo adapter)顯卡

顯示卡將電腦系統所需要的顯示訊息進行轉換驅動螢幕,並向螢幕提供行掃描訊號,控制螢幕正確顯示,是連接螢幕和個人電腦主機板的重要元件,顯卡主要承擔輸出顯示圖形的任務,對於從事專業圖形設計者來說顯卡非常重要,顯卡的性能由核心頻率、處理器單元數、顯存頻率與顯存位寬等方面共同決定,目前顯示卡供應商主要由AMD(超微半導體)Nvidia(英偉達)兩家主導。

 

顯示卡通常由匯流排介面、PCB板、顯示晶片(Video chipset,即GPUVPU,圖形處理器或視覺處理器,是顯示卡的主要處理單元)、顯存(顯示卡上的記憶體,稱為「顯示記憶體」,簡稱顯存,其主要功能為暫時儲存顯示卡要處理的數據和處理完的數據)RAM DACVGA BIOSVGA功能插針、VGA插座及其他外圍元件構成,現在的顯示卡大多還有DVIHDMI螢幕介面及S-Video端子介面。

 

顯示卡處理圖像數據的步驟

1.CPU傳送資料到顯示卡CPU將數據經由北橋(主橋)傳輸給GPU(圖形處理器)進行處理。

2.顯示卡處理圖像數據:數據從顯卡晶片組傳送給顯存,晶片讀取顯存內數據,將處理完的數據存入顯存。

3.圖像數據訊號轉換:從顯存讀取數據再傳送到RAM DAC(隨機讀寫記憶體-數位類比轉換器)進行數據轉換的工作(數位訊號轉類比訊號),但是DVI接頭類型的顯卡可接受數位訊號,則不需要經過數位訊號轉類比訊號。

4.DAC資料傳送給螢幕(Monitor):將轉換完的類比訊號送到螢幕。

顯示卡的效能決定以上第二步與第三步的處理速度,而以上四步為系統效能。早期的顯示卡只是單純做訊號轉換而已,PC上最早的顯示卡是IBM1981年推出的5150個人電腦上所搭配的MDA(單色顯卡)CGA(彩色繪圖卡)兩款2D加速卡,2D加速卡仍要依賴CPU處理3D圖像與特效,稱為「軟體加速」,而目前的顯示卡都有3D畫面運算和圖形加速功能,亦稱為「圖形加速卡」或「3D加速卡」,其顯示核心可處理3D圖像與特效,稱為「硬體加速」

 

顯示卡接頭

接頭類型是指顯卡與主機板連接所採用的接頭種類,顯卡的接頭決定著顯卡與系統之間數據傳輸的最大頻寬,也就是瞬間所能傳輸的最大數據量,而且不同接頭彼此不相容且性能不同,需搭配主機板接頭,若顯卡接頭的傳輸速度不能滿足顯卡的需求,顯卡的性能就會受限

 

顯卡發展至今主要有ISAPCIAGPPCI Express等幾種接頭,其數據頻寬依次增加,其中2004年推出的PCI Express接頭已經成為主流,以解決顯卡與系統數據傳輸的瓶頸問題,而ISAPCI接頭的顯卡已經被淘汰。

 

(i)ISA顯示卡

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基於IBM MDA標準的顯示卡

ISA顯示卡是以前最普遍使用的VGA螢幕所能支援的古老顯示卡。

 

(ii)PCI顯示卡

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一款整合電視盒的PCI顯示卡

PCI(Peripheral Component Interconnect)顯示卡,通常被使用於較早期或精簡型的電腦中,此類電腦由於將AGP標準插槽移除而必須仰賴PCI介面的顯示卡,被多數的使用於486PentiumII早期的時代,但直到顯示晶片無法直接支援AGP之前,仍有部份廠商持續製造以AGPPCI為基底的顯示卡,PCI的最大頻寬為133MB/s

 

(iii)AGP顯示卡

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一款雙核心的AGP顯示卡

AGP(Accelerated Graphics Port)是英特爾(Intel)公司在1996年開發的32位元匯流排介面,用以增進電腦系統中的顯示效能,並解決PCI低頻寬的問題AGP的規格有:

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其中
AGP 4X以後與之前電壓不相容。AGP2009年被PCI-E接頭取代

(iv)PCI Express顯示卡

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基於PCI-E的多顯示卡互聯技術

PCI Express(亦稱PCI-E)是顯示卡最新的圖形介面,用來取代AGP顯示卡,面對不斷進步的3D顯示技術,AGP的頻寬已不足以應付龐大的數據運算,目前效能最高的PCI-Express顯示卡是nVidia公司的「GeForce GTX Titan」和AMD公司的「Radeon HD 7990」,性能較AGP優越,但是功耗更大。以下為PCI-E與AGP頻寬比較:

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(v)USB顯示卡

目前少見的新技術,利用外接運算裝置運算,再透過USB3.0之介面與主機系統本身溝通,較可能應用在輔助筆記型電腦或其他需要額外3D運算的系統上

 

普通顯卡(內建顯卡,即內顯)

內顯是將顯示晶片、顯存及其相關電路都做在主機板上,主要都在主機板的北橋晶片中,一些內顯在主機板上安裝小容量顯存,目前大部分的內顯不具備顯存,需使用系統記憶體作為顯存,其使用量由系統自動調節,內顯的顯示效果與性能較獨顯差,內顯不能升級,其優點是系統功耗較少,不用額外花錢購買顯卡,而且適用於辦公、一般遊戲與多媒體

 

專業顯示卡(獨立顯卡,即獨顯)

獨立顯卡是將顯示晶片、顯存及其相關電路單獨做在一塊獨立的電路板上,需佔用主機板的擴展插槽(ISAPCIAGPPCI- E),獨顯比內顯有更好的顯示效果、性能與穩定性,可升級顯卡,其缺點是系統功耗較大,發熱量也較大,要額外花錢購買顯卡

 

專業顯示卡是指應用於圖形工作站上的顯示卡,是圖形工作站的核心,與針對遊戲、娛樂和辦公市場為主的內建顯卡相比,專業顯示卡主要針對的是三維動畫軟件(3DS MaxMayaSoftimage|3D)、渲染軟件(LightScape3DS VIZ)CAD軟件(AutoCADPro/EngineerUnigraphicsSolidWorks)、模型設計(Rhino)以及部分科學應用等專業應用市場,專業顯卡針對這些專業圖形圖像軟件進行必要的優化,都有著極佳的兼容性。

 

內建顯卡主要針對Direct 3D加速,而專業顯示卡則是針對OpenGL來加速的OpenGL(Open Graphics Library開放圖形庫)是目前科學和工程繪圖領域無可爭辯的圖形技術標準,OpenGL最初由SGI公司提出,在Win9598Windows NT/Windows 2000中均得到支持,OpenGL注重於快速繪製2D3D物體用於CAD、仿真、科學應用可視化和照片級真實感的遊戲視景中,它是一個開放的三維圖形軟件包,獨立於窗口系統和操作系統,能十分方便地在各平台間移植,具有開放性、獨立性和兼容性三大特點。

 

專業顯示卡在多邊形產生速度或是像素填充率等指標上都要優於內建顯卡,同時在調整驅動程序以及提供繪圖的精確性方面也要強很多,與內建顯卡注重的生產成本不同,專業顯卡更強調性能以及穩定性,而且受限於用戶群體較少,產量很小,因此專業顯卡的價格都極為昂貴。

 

螢幕介面

以下為常用的螢幕介面:

●ADC - 蘋果螢幕端子
VGA - 類比視訊介面,即D-sub介面,普遍使用
13W3 - 類比視訊介面,在早期圖形工作站中普遍使用。
DVI - 數位視訊介面,與VGA共存於現時市場中,可以轉接成D-sub接頭
mini-DVI - 蘋果所使用,就是DVI的縮小版,可以轉成DVID-sub
HDMI - 數位視訊介面,新型影音家電介面,可以轉為DVI接頭
DisplayPort - HDMI競爭的新型介面
Mini DisplayPort - DisplayPort的演進版本
LFH - DMS-59介面前身
DMS-59 - 一種可同時輸出兩組類比與兩組數位訊號的介面
Thunderbolt -一種由蘋果和英特爾共同開發的高速資料介面,向下相容Mini DisplayPort裝置。 

 

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參考來源:

[1] http://www.ascc.sinica.edu.tw/nl/87/1417/03.txt

[2] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%98%BE%E7%A4%BA%E5%8D%A1

[3] http://baike.baidu.com/view/2882.htm

[4] http://baike.baidu.com/view/1460935.htm

[5] http://www.baike.com/wiki/%E6%98%BE%E5%8D%A1

[6] https://zh.wikipedia.org/wiki/PCI


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